Colloque « Espace et éducation »

Imagerie spatiale et cartographie

Dominique Lasselin, IGN Espace

Je vais tenter de dresser un panorama de ce qu'il est possible de faire avec des images satellite en cartographie, où l'on travaille de façon traditionnelle avec des photographies aériennes, sachant que les écarts entre l'image aérienne et l'image satellite se réduisent. En effet, les résolutions offertes par les satellites civils se rapprochent de la photo, tandis que la photo aérienne a franchi le pas du numérique.

Dans la préparation Powerpoint que j'ai faite et qui sera disponible sur le site d'ÉduSCOL, vous trouverez un bref historique de la cartographie spatiale ainsi qu'un tableau des caractéristiques des différents capteurs que nous utilisons en cartographie.

Je dirais qu'actuellement en France, l'on utilise essentiellement les images du satellite Spot 5, qui apportent une meilleure résolution (jusqu'à 2, 5 m) et une fauchée de 60 kilomètres. L'IGN fera de plus en plus appel à l'imagerie spatiale pour la mise à jour des bases de données géographiques nationales. Dans d'autres régions pauvres en information géographique, nous utilisons également des satellites américains comme Landsat ou Aster, et des satellites comme Ikonos ou QuickBird qui offrent des résolutions métriques ou submétriques. Dans les régions équatoriales, l'on s'oriente vers des données de satellites radar (ERS, RadarSat).

Les spatiocartes

En cartographie, avec des images satellitaires, on peut produire des spatiocartes. Il s'agit d'une carte, avec en fond, une image spatiale.

Sur cette image, ramenée dans la géométrie de la carte, nous avons superposé plusieurs couches (informations, toponymie) interprétées sur les images (réseaux routiers, réseaux ferrés) ou issues de données exogènes (toponymie). À la différence d'une carte topographique classique, une spatiocarte peut être réalisée très rapidement et est accessible à un prix très attractif, selon la quantité d'information souhaitée. Évidemment, plus le nombre d'informations sera grand, plus la carte sera onéreuse. Les spatiocartes conviennent parfaitement aux grands espaces peu occupés par l'homme (parcs nationaux par exemple), et de façon générale aux régions pauvres en information géographique.


Spatiocarte Spot de la ville de Ouagadougou au 1/20 000. © Cnes.

La constitution ou l'enrichissement de bases de données

Avec des images satellite, on peut extraire de l'information géographique destinée à enrichir un système d'information ou à créer une base de données, à partir d'informations interprétées sur les images.

La réactualisation de cartes

Avec des images satellite, il est possible de réviser ou de mettre à jour des cartes anciennes. Il s'agit de mettre à jour la carte existante à l'aide d'une image satellite qui aura été ramenée dans la même géométrie. Par exemple, si une nouvelle route a été construite, il suffit de l'incruster sur l'ancienne carte avant de rééditer cette dernière.

Si les cartes existantes sont réellement dépassées, il sera préférable de refaire une nouvelle carte.

Des exemples de cartes remises à jour et de cartes nouvelles élaborées à partir des seules images satellite sont présentés.

Actuellement, IGN Espace travaille sur un projet consistant à produire de nouvelles cartes à l'aide d'images satellite. Il s'agit de refaire entièrement la couverture cartographique du Sénégal à l'échelle du 1/200 000. Nous avons 27 feuilles à produire en 3 ans (2004-2006). Ces cartes seront réalisées par interprétation des données Spot 5 panchromatiques à 5 mètres qui seront fusionnées avec des images Landsat à 30 mètres de résolution. Dans le cas présent, nous avons décidé de faire abstraction des anciennes cartes, qui sont de mauvaise qualité et complètement dépassées. Nous nous baserons également sur des données HRS de Spot 5 pour dériver les courbes de niveau et les points cotés des nouvelles cartes. La fusion des données Spot 5 et des images Landsat s'explique par des raisons économiques : le budget du projet ne permet pas l'achat de données Spot 5 mètres couleurs.

Image Spot 4. © Cnes.

Carte d'origine. © Cnes.

Carte mise à jour. © Cnes.

Les produits altimétriques

Les capacités stéréoscopiques de certains satellites permettent la restitution du relief, soit par corrélation automatique, soit par restitution analytique de couples stéréoscopiques (montage des couples d'images sur des appareils de restitution photogrammétrique et traçage des courbes de niveaux). Dans notre cas, nous procédons à la corrélation automatique de couples d'images et l'on génère des modèles numériques de terrain (MNT) ou des modèles numériques d'élévation (MNE). Je rappelle que les MNT font abstraction du sursol (végétation, habitat) tandis que les MNE le prennent en compte.

Les MNT sont un produit très important en cartographie, car ils ont de multiples applications. Ils permettent de dériver des courbes de niveaux, des points de cote, de procéder à l'estompage des cartes, etc.

Dans le domaine des télécommunications, les MNT permettent de déterminer les implantations des antennes relais.

Dans le domaine de la défense, les MNT ou MNE sont utilisés pour la conception des armes téléguidées ou le guidage des avions.

Enfin, les MNT sont utilisées pour des études thématiques diverses ou pour l'orthorectification d'images.

Exemple de processus et de produit

La chaîne de production des spatiocartes

Après avoir sélectionné les images (archives ou nouvelles acquisitions en programmation), il faut, premièrement les ramener en superposition par rapport aux cartes. Pour ce faire, l'on utilisera des points d'appui. Il s'agit de points dont on connaît les coordonnées cartographiques et que l'on peut identifier sur les images. Ces points d'appui peuvent provenir de cartes existantes ou être acquis par des techniques GPS. On identifiera également des points homologues entre les images dans les zones de recouvrement. On utilisera également les paramètres d'orbite, les données sur la position et le mouvement du satellite, etc. Tout cela permettra de déterminer un modèle géométrique par image qui permettra de rectifier les images et de les rendre superposables aux cartes.

Deuxièmement, on orthorectifie les images en utilisant un modèle numérique de terrain pour supprimer les déformations dues au relief. Les images rectifiées et superposables aux cartes ne suffisent pas : leur découpage et leur orientation ne correspondent pas à ce que l'on a l'habitude d'utiliser en cartographie.

C'est pour cela que, dans un troisième temps, on va mosaïquer les images, c'està- dire les assembler et les découper en feuilles cartographiques. Au passage, on éliminera les différences radiométriques entre les images (harmonisation des images prises à des dates différentes).

Les traitements radiométriques qui suivent permettent d'améliorer la qualité de l'image : adaptation des dynamiques, adaptation du contraste ou de la luminosité, filtrage, etc.

Pour obtenir une spatiocarte, il faudra, dans un quatrième temps, ajouter un ensemble d'éléments de repérages cartographiques (coordonnées, échelle, légende, index des coupures, informations relatives à la projection, légende des surcharges, index des spatiocartes, échelle graphique, etc.). Enfin, la dernière étape sera l'ajout des surcharges, à partir des cartes existantes (routes, toponymie, etc.).

Le produit final est numérique. Il y aura donc des livraisons en support numérique (cédérom, dévédé, etc.), mais également des éditions sous forme papier (impression sur un traceur ou en offset).

Le produit Référence 3D

Les données brutes de l'instrument HRS (haute résolution stéréoscopique) de Spot 5 ne sont pas commercialisées. En revanche l'IGN et Spot Image commercialisent un produit dérivé appelé Référence 3D. Il s'agit d'un produit en couverture mondiale (toutes les zones sont susceptibles d'être couvertes), composé de trois couches et découpé par dalles de 1 degré sur 1 degré (soit 110 x 110 km à l'équateur) : une couche MNE de type DTED2, une couche ortho-image et un ensemble de couches qualité.

La production se fait en trois phases. Soixante-sept millions de kilomètres carrés d'acquisition ont été validés au niveau mondial, mais actuellement, seuls 6 millions de kilomètres carrés ont été produits. L'objectif est de produire 30 millions de kilomètres carrés en 5 ans, sur des zones d'intérêt commercial ou du ministère de la Défense.


Actes du séminaire national - Les sciences de la vie et de la Terre au XXIème siècle : enjeux et implications 15 et 16 décembre 2004

Mis à jour le 15 avril 2011
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